CN107850474A - 用于确定气体的物理参数的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于通过测量换能器来确定气体的物理参数的方法，所述测量换能器具有用于输送介质的至少一根测量管，其中所述测量管能够激发以执行具有不同特征频率的弯曲振荡。所述方法包括以下步骤：确定f1模式和f3模式的特征频率(110)；基于f1模式和f3模式的特征频率来确定测量管中输送的气体的初步密度值(120)；确定测量管中输送的气体的声速的值，和/或至少一个校正项(130)和/或取决于声速和模式的特征频率的、用于基于模式的特征频率确定的初步密度值的密度误差，以确定经校正的密度测量值(140)；和/或基于第一初步密度值、第二初步密度值、f1模式的特征频率以及f3模式的特征频率的初步质量流量值的校正项，以确定经校正的质量流量测量值。

Description

用于确定气体的物理参数的方法
技术领域
本发明涉及一种用于通过测量换能器来确定气体的物理参数的方法，该测量换能器具有用于输送气体的至少一根测量管，其中测量管具有入口侧端部部分和出口侧端部部分，其中测量换能器具有至少一个入口侧固定设备以及一个出口侧固定设备，测量管利用这些固定设备而固定在端部部分中，其中测量管可激发以在两个固定设备之间执行振荡，其中气体的质量流量和密度可从测量管的振荡行为而确定。然而，用于质量流量和密度的测量值具有对声速以及对气体的可压缩性的交叉敏感性。因此，需要对这些交叉敏感性补偿。
背景技术
公开文献WO 01/01086 A1公开了用于在科里奥利质量流量计中的质量流量测量的情况下进行可压缩性补偿的方法。在此情况下，在两种不同模式中执行质量流量测量，其中一种是弯曲振荡模式，并且另一种是径向模式。比较通过这两种模式确定的质量流量值。然而，这是有问题的方法，因为径向模式振荡是显著地根据流动剖面和静态压力的。此外，需要多于正常两个传感器，以便能够记录弯曲振荡以及径向模式振荡。同样地，需要较复杂的激发器结构。因此，本发明的目标是提供一种具有对可压缩性和声速的交叉敏感性的较鲁棒且同时较简单的补偿的测量方法。该目标是根据本发明由如独立权利要求所述的方法实现的。
发明内容
本发明的方法是用于通过测量换能器来确定气体的物理参数的方法，该测量换能器具有用于输送气体的至少一根测量管，其中该测量管具有入口侧端部部分和出口侧端部部分，其中该测量换能器具有至少一个入口侧固定设备以及一个出口侧固定设备，测量管利用这些固定设备而固定在端部部分中，其中测量管能够在两个固定设备之间激发以执行具有不同特征频率的不同模式的弯曲振荡，其中f1模式在固定设备之间不具有振荡节点，并且其中f3模式在固定设备之间具有两个振荡节点，其中该方法包括以下步骤：确定f1模式和f3模式的特征频率；基于f1模式的特征频率来确定测量管中输送的气体的第一初步密度值；基于f3模式的特征频率来确定测量管中输送的气体的第二初步密度值；确定测量管中输送的气体的声速的值，和/或取决于声速和模式的特征频率的至少一个校正项，和/或用于确定经校正的密度测量值的、用于基于模式的特征频率而确定的初步密度值的密度误差；和/或基于第一初步密度值、第二初步密度值、f1模式的特征频率以及f3模式的特征频率的、用于确定经校正的质量流量测量值的、初步质量流量值的校正项。
针对第一近似，能够将基于fi模式的特征频率fi的气体的初步密度值ρi的关系描述为：
其中c0i、c1i和c2i是取决于模式的系数。
然而，上述近似不考虑测量管中振荡气体的影响。振荡气体的共振频率越接近弯曲振荡模式的特征频率，特征频率的影响越大。因为气体的共振频率通常高于测量管的特征频率，所以f3弯曲振荡模式的影响大于f1弯曲振荡模式的影响。这导致不同的初步模式特定密度值，其中初步密度值之间的比为确定且校正振荡气体的影响提供机会。
振荡气体的共振频率取决于其声速。在本发明的进一步发展中，用于初步密度值的模式特定校正项Ki因此是气体的声速和初步密度测量值利用其得以确定的模式的特征频率的商的函数。
在本发明的进一步发展中，气体的声速c是通过寻找用于第一初步密度值的第一校正项除以用于第二初步密度值的第二校正项的商等于第一初步密度值除以第二初步密度值的商的那个声速值来确定的。在此情况下，使用何种计算过程较不重要。
在本发明的进一步发展中，初步密度值ρi的校正项Ki基于fi模式的特征频率具有以下形式：
其中
其中，r和g是气体独立常数、c是气体的声速、fi是fi模式的特征频率、ρcorr是经校正的密度、以及b是比例常数，其中尤其是：r/b<1，尤其是r/b<0.9，和/或b＝1。
在本发明的进一步发展中，上述方程式中的g是根据测量管的直径的、气体的共振频率fres与气体的声速之间的比例因子，其中：
fres＝g·c。
在本发明的进一步发展中，初步密度值是通过1/fi中，尤其是(1/fi)2中的多项式，基于fi模式的特征频率来确定的，其中多项式的系数是取决于模式的。
本发明的进一步发展中，下式适用于基于fi模式的特征频率的初步密度值的密度误差Eρi：
Eρi:＝Ki-1，
其中，用于初步质量流量值的质量流量误差Em与第一初步密度值的密度误差Eρ1成比例，因此：
Em:＝k·Eρ1，
其中，比例因子k不小于1.5，例如，不小于1.8并且尤其是不小于1.9，其中，比例因子k不大于3，例如，不大于2.25并且尤其是不大于2.1。在本发明的当前优选的实施例中，比例因子k＝2。
下式适用于质量流量的校正项Km：
Km:＝1+Em，
其中，经校正的质量流量是如下式来确定：
并且
其中，是初步质量流量值。
在本发明的进一步发展中，该方法还包括以下步骤：
确定基于f1模式的特征频率的第一初步密度值与基于f3模式的特征频率的第二初步密度值之间的偏差；测试偏差是否大于参考值；以及当偏差大于参考值时，确定并在给定情况下输出用于声速的值。
在本发明的进一步发展中，用于密度值的偏差的参考值如此被选择以，使得声速能够以不大于10％，尤其是不大于5％并且优选不大于2％的统计误差来确定。
在本发明的进一步发展中，参考值不小于0.2kg/m3，尤其是不小于0.4kg/m3，其中参考值进一步不大于2kg/m3，例如不大于1kg/m3，并且尤其是不大于0.6kg/m3。
附图说明
现将基于附图中所呈现的实施例的示例来更详细地解释本发明，其中：
图1示出用于本发明的方法的实施例的第一示例的流程图；
图2示出用于本发明的方法的实施例的第一示例的细节的流程图；
图3示出声速与密度测量值的比的曲线图；
图4示出密度校正值与声速的曲线图；
图5a示出根据本发明的方法确定的声速值的曲线图；以及
图5b示出根据本发明的方法确定的密度值的曲线图。
具体实施方式
图1所示的用于确定密度值的本发明的方法100的实施例的示例始于步骤110，其中确定f1弯曲振荡模式和f3弯曲振荡模式的特征频率。因此，尤其地是能够同时激发f1弯曲振荡模式和f3弯曲振荡模式。能够通过改变激发频率来使振荡幅度与模式特定激发功率的比最大化，从而确定所寻找的特征频率。
基于所确定的特征频率，在步骤120中，将初步密度值ρ1和ρ3如下式来确定：
其中，c0i、c1i和c2i是取决于模式的系数。
在下文基于图2到图4更详细地解释的步骤130中，确定用于密度测量的校正项。
最终，在步骤140中，通过校正项来确定经校正的密度值。
如图2所示，用于确定校准项的步骤130包括：首先，在步骤131中，例如，通过将初步密度值ρ1和ρ3相除以给出V＝ρ1/ρ3，从而计算初步密度值的比V。
然而，在步骤132中，确定声速c，其在弯曲振荡模式的所测量的特征频率导致初步密度值的所计算的比V：
其中，r例如是0.84、b＝1、以及g是声速与共振频率之间的测量管相关性比例因子，该比例因子能够假设例如10/m的值。
图3示出针对弯曲振荡模式的特征频率的两个不同值的、作为初步密度值的比V的函数的声速。实线是针对f1＝200Hz且f3＝900Hz，且虚线是针对f1＝210Hz且f3＝950Hz。因此，例如，在f1＝200Hz and f3＝900Hz下，例如c＝360m/s的声速满足条件，V＝0.95，f1＝200Hz且f3＝900Hz。
基于所确定的声速，然后在图2中的方法的步骤133中，根据下式来计算模式特定校正项Ki：
最终，在图1中的方法的步骤140中，根据下式来计算初步密度值ρi：
因此，将初步密度值ρi除以校正项Ki，以便获得经校正的密度值ρcorr。
图4示出在f1＝200Hz的特征频率的情况下针对f1模式在步骤133中确定的校正项Ki。根据在步骤132中确定的声速c＝360m/s，基于f1弯曲振荡模式的特征频率的初步密度值例如将会大了0.26％。因此，将初步密度值除以校正项1.0026，以便获得经校正的密度值。
图5a示出在静态压力的不同值的情况下通过本发明的方法确定CO2的声速的结果。在实验中，f1模式的特征频率随着增大的压力而减小，例如，从568Hz减小到559Hz，而f3模式的特征频率下降，例如，从3066Hz下降到3005Hz。
图5b最终示出在静态压力的不同值的情况下通过本发明的方法确定CO2的密度的结果，其中用于校正初步密度值的相应校正项是基于图5a所图示的声速值来确定的。
科里奥利质量流量测量装置的初步质量流量测量值的校正项能够通过首先从密度的校正项Ki确定密度误差Eρi而从密度的校正项确定：
Eρi:＝Ki-1，
用于校正初步质量流量值的质量流量误差Em尤其是两倍于第一初步密度误差Eρ1，因此：
Em:＝2·Eρ1。
针对用于质量流量的校正项Km，以下公式成立：
Km:＝1+Em，
其中经校正的质量流量是如下式来确定：
其中是由在测量管上对称地布置的两个振荡传感器的信号之间的相位差和校准因子引起的先前质量流量值。

Claims (12)

1.一种用于通过测量换能器来确定气体的物理参数的方法，所述测量换能器具有用于输送介质的至少一根测量管，
其中，所述测量管具有入口侧端部部分和出口侧端部部分，
其中，所述测量换能器具有至少一个入口侧固定设备以及一个出口侧固定设备，所述测量管利用这些固定设备而固定在所述端部部分中，其中所述测量管能够在两个固定设备之间激发以执行具有不同特征频率的不同模式的弯曲振荡，其中f1模式在所述固定设备之间不具有振荡节点，并且其中f3模式在所述固定设备之间具有两个振荡节点，
其中，所述方法(100)包括以下步骤：
确定所述f1模式和所述f3模式的所述特征频率(110)；
基于所述f1模式的所述特征频率来确定所述测量管中输送的所述气体的第一初步密度值(120)；
基于所述f3模式的所述特征频率来确定所述测量管中输送的所述气体的第二初步密度值(120)；
确定所述测量管中输送的所述气体的声速的值，和/或取决于所述声速和模式的所述特征频率的至少一个校正项(130)，和/或用于确定经校正的密度测量值的、用于基于所述模式的所述特征频率而确定的所述初步密度值的密度误差(140)；和/或基于所述第一初步密度值、所述第二初步密度值、所述f1模式的所述特征频率以及所述f3模式的所述特征频率的、用于确定经校正的质量流量测量值的、初步质量流量值的校正项。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，用于初步密度值的所述校正项Ki是所述气体的所述声速和所述初步密度测量值利用其得以确定的所述模式的所述特征频率的商的函数。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述气体的所述声速c是通过寻找用于所述第一初步密度值的所述第一校正项除以用于所述第二初步密度值的所述第二校正项的商等于所述第一初步密度值除以所述第二初步密度值的商的声速值来确定的。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，用于所述初步密度值ρi的所述校正项Ki基于所述fi模式的所述特征频率具有以下形式：
<mrow> <msub> <mi>K</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>:</mo> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mfrac> <mi>r</mi> <mrow> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <mi>g</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>c</mi> </mrow> <msub> <mi>f</mi> <mi>i</mi> </msub> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <mi>b</mi> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> </mrow>
其中
<mrow> <msub> <mi>&amp;rho;</mi> <mrow> <mi>c</mi> <mi>o</mi> <mi>r</mi> <mi>r</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>&amp;rho;</mi> <mi>i</mi> </msub> <msub> <mi>K</mi> <mi>i</mi> </msub> </mfrac> </mrow>
其中，r和g是气体独立常数、c是所述气体的所述声速、fi是所述fi模式的所述特征频率、ρcorr是所述经校正的密度、以及b是比例常数。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，r/b<1，尤其是r/b<0.9。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，b＝1。
7.根据权利要求4到6中任一项所述的方法，其中，g是取决于所述测量管的直径的、所述气体的共振频率fres与所述气体的所述声速之间的比例因子，其中：
fres＝g·c。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述初步密度值是通过1/fi中，尤其是(1/fi)2中的多项式，基于所述fi模式的所述特征频率来确定的，其中，所述多项式的系数是取决于模式的。
9.根据权利要求4所述的方法，其中，下式适用于基于所述fi模式的所述特征频率的所述初步密度值的密度误差Eρi：
Eρi：＝Ki-1，
其中，初步质量流量值的质量流量误差Em与所述第一初步密度值的所述密度误差Eρ1成比例，因此：
Em＝k·Eρ1，
其中，所述比例因子k不小于1.5，例如，不小于1.8并且尤其是不小于1.9，
其中，所述比例因子k不大于3，例如，不大于2.25并且尤其是不大于2.1，
其中，下式适用于所述质量流量的所述校正项Km：
Km：＝1+Em，
其中，所述经校正的质量流量是如下式来确定：
<mrow> <msub> <mover> <mi>m</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> </mover> <mrow> <mi>c</mi> <mi>o</mi> <mi>r</mi> <mi>r</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mover> <mi>m</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> </mover> <mi>v</mi> </msub> <msub> <mi>K</mi> <mi>m</mi> </msub> </mfrac> <mo>,</mo> </mrow>
其中，是所述初步质量流量值。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括以下步骤：
确定基于所述f1模式的所述特征频率的所述第一初步密度值与基于所述f3模式的所述特征频率的所述第二初步密度值之间的偏差；
测试所述偏差是否大于参考值；以及
当所述偏差大于参考值时，确定并在给定情况下输出所述声速的值。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，用于所述密度值的所述偏差的所述参考值被选择以，使得所述声速能够以不大于10％，尤其是不大于5％并且优选不大于2％的统计误差来确定。
12.根据权利要求10所述的方法，
其中，所述参考值不小于0.2kg/m3，尤其是不小于0.4kg/m3，
其中，所示参考值不大于2kg/m3，例如不大于1kg/m3，并且尤其是不大于0.6kg/m3。
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